基于Argo浮标的北太平洋中层环流时空特征研究

本文使用Argo浮标的轨迹数据,通过拟合和外推订正表面轨迹等方法获得漂流深度的速度,从而得到了北太平洋中层1 000 dbar深度的环流空间结构和时间特征。分析显示,在东北太平洋盆地存在较弱的气旋式环流,阿留申岛弧南坡有强劲的阿拉斯加流转入白令海或进入亲潮区,黑潮延伸体仍是较强的东向流系统,有丰富的中尺度涡旋。低纬度(小于20°N)中层流场的特点是纬向流场呈条带状分布,共存在5条东向射流(NICC、sNSCC和三核结构的NEUC),其时间变化特征较为复杂,有些特征与先前研究存在差异。低纬度的赤道太平洋在季节尺度上更加易变,这种季节性异常与年周期的罗斯贝波有关。     

基于Argo实测流场数据对5套海洋模式产品中赤道太平洋中层流的评估

本文以Argo轨迹资料计算的赤道太平洋中层流(1 000 m深度流场)作为实测数据,从空间结构特征和时间变化特征两方面对5套常用海洋模式产品(OFES、LICOM、HYCOM、ECCO2和SODA)进行了评估。Argo流场显示赤道太平洋中层流呈条带状结构,且存在明显的西强东弱和南强北弱特征。此外,赤道太平洋中层流存在明显的季节变化且其相位关于赤道对称。5套模式产品的评估结果表明,SODA流场与实测流场最接近,其时空变化特征都与实测流场基本一致;其次是ECCO2流场,除流场动能偏小以外,其他各方面都与实测流场一致;OFES、LICOM和HYCOM流场的模拟效果较差,但都能再现条带状结构特征。     

热带太平洋障碍层厚度的时空特征分析

利用中国Argo实时数据中心提供的9 a(2000—2008年)网格化Argo剖面浮标温、盐数据(G Argo),分析热带太平洋障碍层厚度的气候态分布和低频变化特征。气候平均结果表明,较厚的障碍层主要出现于西太平洋暖池区,并有3条纬向障碍层带状分布,从暖池出发向东延伸至120°W,分别位于以15°N,5°N和12°S为中心的纬度带上。经验正交函数(EOF)基本模态分析表明,热带太平洋障碍层低频振荡以季节和年际变化为主,在季节尺度上主要表现为15°N和12°S障碍层纬度带呈反相变化,都在当地冬季最大,夏季最小;在年际尺度上则主要表现为暖池东边界附近障碍层与厄尔尼诺南方涛动(ENSO)相关的变化,以及暖池中部障碍层与热带准2 a周期振荡(TBO)相关的变化。     

155°E断面北太平洋副热带海域夏季主要水文特征

根据日本气象厅RyofuMaru调查船干1972～1977和1989～1990年间夏季在155°E断面观测的水文资料,分析了该断面上北太平洋副热带海域(18°～30°N)的主要水文要素-温度、盐度、密度、溶解氧含量和地转流等的分布特征及其与ENSO现象之间的关系.研究结果表明,上述诸要素的分布趋势是一致的,且与地转流场相对应.动力计算给出,在北大平洋副热带海域每年夏季均出现2或3支强、次强流或二者兼有的东、西向流动,并呈带状相间分布.东向流被称作副热带逆流.根据东、西向流带的数目推论,在该海域各年夏季可能存在2个反气旋涡旋,即呈现2个顺时针次级环流系统.     

基于Argo浮标的西北太平洋环流特征分析

基于2004 年1 月～2009 年12 月月平均Argo(Array for Real-time Geostrophic Oceanography)温盐格点资料, 结合P-vector 方法重构了西北太平洋绝对地转流, 重点分析了西北太平洋环流时空变化特征。结果表明, 基于Argo 资料西北太平洋三维结构特征与以前的研究结果是一致的。与WOA09(World Ocean Atlas 2009)计算的纬向流相比, Argo 资料计算的纬向流要偏大。北赤道逆流(NECC)、北赤道流(NEC)、黑潮再生流(KCC)和黑潮延伸体(KE)都有明显的季节和年际变化。NECC 和NEC 基本上呈现春强秋弱的季节变化特征, KCC 和KE 的季节特征与NECC 和NEC 存在反相关系。NECC 和NEC 表现出周期为1～2 a 的年际信号, KCC 和KE 为非周期性的年际信号。表层NEC 流核所在位置以及NEC南边界位置都有南移的趋势。另外, NEC、KCC 和KE 的流量也呈逐渐增大的趋势。     

热带太平洋海平面高度季节内振荡的空间分布特征

根据三年卫星高度计（ＴＯＰＥＸ／ＰＯＳＥＩＤＯＮ）资料和涡分辨率的海洋环流（ＰＯＰ）模式模拟计算的海平面高度资料,利用功率谱和最大熵谱的方法,揭示了热带太平洋海平面高度季节内振荡的空间分布特征。研究表明：准３０ｄ 周期的振荡集中出现在东太平洋（１６０°Ｗ 以东）赤道两侧,分别以５°Ｓ和５°Ｎ 为中心的纬向带状域中;准９０ｄ 振荡出现在分别以２０°Ｓ和２０°Ｎ为中心的南北二个纬向带状域中,北太平洋西部振荡最明显;准６０ｄ 振荡集中出现在分别以１０°Ｎ和１０°Ｓ为中心的带状海域中,北太平洋比南太平洋更明显,但比准９０ｄ 振荡信号弱;从ＴＯＰＥＸ资料分析还发现在赤道中太平洋（５°Ｎ～５°Ｓ,１７０°Ｗ～１２０°Ｗ）,准６０ｄ 振荡也较明显     

赤道太平洋近表层上升流的估计

利用1979-2006年间的卫星跟踪漂流浮标资料计算得到多年平均的赤道太平洋近表层流场,并估计赤道中东太平洋上混合层水平流场的散度和上升流流量.主要结论包括:1)赤道中东太平洋上升流区域主要集中在日界线以东以赤道为中心的±2°纬度带内,并且赤道南北约4°处各有一下沉流区域;2)赤道中东太平洋附近(165°E-85°W,2°S-2°N)散度平均约为2.0×10-7s-1,对应30m深处上升流区域整体体积输送约为43Sv,其中大约一半的上升流水体随热带流圈在赤道外4°N/S附近下沉,其余部分向两极输送;3)赤道中东太平洋辐散在春季达到最大值2.1×10-7s-1,而在秋季最弱;4)在El Ni(n)o期间辐散减弱,而在La Ni(n)a期间辐散增强,其中纬向流所致的辐合辐散也起到一定作用.     

赤道中印度洋上层环流结构与季节变化特征分析

本文通过分析RAMA印度洋观测浮标系统锚系ADCP实测资料,对赤道中印度洋上层海流季节变化进行了研究。研究结果表明,0°,80.5°E纬向流垂向剖面呈现上150m层一致的东向流,而经向流在100m以浅呈现表层向北次表层向南的翻转流结构。赤道中印度洋上层纬向流季节信号被半年周期的东向射流Wyrtki Jets(WJs)所控制。WJs发生于季风方向转换的季节,4—5月份较弱,10—11月份较强。赤道中印度洋上层经向流年周期信号显著。北半球夏季与冬季分别出现风应力旋度驱动的Sverdrup南向流与北向流。本文结论为赤道中印度洋上层环流季节变化特征的研究提供了观测角度的支持。     

基于Argo观测的太平洋温、盐度分布与变化(Ⅰ):温度

利用基于客观分析方法重构的Argo网格资料(未同化其他观测资料),分析探讨了2004年1月-2011年12月期间太平洋海域(60°S-60°N、120°E-80°W)温度气候态分布特征与变化规律。结果表明,在西太平洋赤道附近海域,29℃等温线的包络范围(暖池),夏季显著增大,位置也明显偏北,且其厚度仅限于约100 m上层;在亚热带海域次表层(约150 m),形成南北两个高温(南部大于27℃,北部大于24℃)中心,呈马鞍形分布,但并不以赤道为对称中心,而是偏向北半球8个纬度;在南、北纬40°附近海域,等温线十分密集,形成"极锋";在新西兰东南海域存在低温水舌由南向北的入侵现象,从表层至1 000 m深层始终可见,似是终年存在的一个水文特征。温度的年变化规律表层最明显,每年呈一高一低的分布趋势,亚热带海域尤为显著,北半球温度年较差大于9.5℃,南半球约为6.0℃,且北半球的最高、最低温度值分别出现在每年的8月份和2月份,南半球则相反。表层以下,温度的周期性变化远不如表层明显,至500 m中层,整个太平洋海域的温度最大变幅仅为1.0℃。赤道海域表层温度明显存在3年的周期性年际振荡,北亚热带表层也表现为3-6个月的周期性年际变化,中层年际振荡较缓,振幅也较小,而亚南极海域从表层直至500 m中层,均存在不规则年际振荡。     

基于Argo观测的太平洋温、盐度分布与变化（I）：温度

利用基于客观分析方法重构的Argo网格资料（未同化其他观测资料）,分析探讨了2004年1月-2011年12月期间太平洋海域（60°S-60°N、120°E-80°W）温度气候态分布特征与变化规律。结果表明,在西太平洋赤道附近海域,29℃等温线的包络范围（暖池）,夏季显著增大,位置也明显偏北,且其厚度仅限于约100 m上层;在亚热带海域次表层（约150 m）,形成南北两个高温（南部大于27℃,北部大于24℃）中心,呈马鞍形分布,但并不以赤道为对称中心,而是偏向北半球8个纬度;在南、北纬40°附近海域,等温线十分密集,形成“极锋”;在新西兰东南海域存在低温水舌由南向北的入侵现象,从表层至1000 m深层始终可见,似是终年存在的一个水文特征。温度的年变化规律表层最明显,每年呈一高一低的分布趋势,亚热带海域尤为显著,北半球温度年较差大于9.5℃,南半球约为6.0℃,且北半球的最高、最低温度值分别出现在每年的8月份和2月份,南半球则相反。表层以下,温度的周期性变化远不如表层明显,至500 m中层,整个太平洋海域的温度最大变幅仅为1.0℃。赤道海域表层温度明显存在3年的周期性年际振荡,北亚热带表层也表现为3-6个月的周期性年际变化,中层年际振荡较缓,振幅也较小,而亚南极海域从表层直至500 m中层,均存在不规则年际振荡。     

赤道太平洋纬向风和流异常与西太平洋暖池纬向运移

基于SODA再分析资料和TAO资料,利用EOF和统计分析等方法,分别研究了赤道太平洋海面纬向风应力异常和赤道太平洋上层纬向流异常的时空特征及其对西太平洋暖池纬向运移的影响。结果显示,赤道太平洋海面纬向风应力距平场第一模态具有2—5年的年际变化特征,其时空分布呈东、西向的反位相变化;而赤道太平洋上层纬向流距平场的第一模态则为1—2年的年和年际变化,且整个研究区域位相统一。纬向风应力和纬向流异常变化最显著的区域都在赤道中太平洋。相关分析显示,赤道中太平洋海面纬向风应力异常和赤道西太平洋上层纬向流异常分别对西太平洋暖池纬向运移有约2个月和4—6个月的超前影响,是暖池纬向运移的两个重要动力因素。回归分析表明,赤道中太平洋海面纬向风应力异常和赤道西太平洋上层纬向流异常对西太平洋暖池纬向运移有很好的预报意义。     

1985—1986年冬季热带西太平洋次表层热状况的分布特征

据海洋调查船“向阳红14”号和“向阳红16”号在1985年12月—1986年3月期间观测到的XBT及CTD资料分析了热带西太平洋1985—1986年冬季次表层热状况的分布特征。在1985—1986年冬季,热带西太平洋亦道附近海域,表层暖水比常年深厚,温跃层的纬向坡度比常年大。在130°E剖面上,8°N附近次表层等温线升高,这表明在太平洋西部,北赤道流及北赤道逆流比常年加强。这些海洋次表层热状况特征与Wyrtki等人指出的埃尔尼诺(El-Nio)事件发生前的热带西太平洋热状况相符。     

利用卫星高度计资料分析热带大西洋表层环流的季节性变化

利用1993年4月至2001年3月的TOPEX/POSEIDON卫星高度计遥感资料,研究了热带大西洋(15°S-25°N,50°W-5°W)海面高度距平和表层环流结构的季节性变化。研究结果表明:夏季和冬季海面高度距平分布呈相反的结构,低纬度海区(0°-15°N之间的海区)海表风应力旋度所产生的Ekman抽吸而导致的海面升降是该海区海面高度距平季节性振荡的重要影响因素。热带大西洋表层流结构大部分海域季节变化不明显,部分流系具有明显季节振荡,东向的北赤道逆流夏季强度较大,冬、春季流速较小;非洲沿岸流冬季流向为东南向,其他季节流向为东北向。值得一提的是,几内亚海湾表层流秋、冬季为东向,而春、夏季为西向。通过卫星跟踪ARGOS漂流浮标观测结果进行的对比验证表明,上述遥感资料分析的表层地转流场与海上观测结果一致。     

热带中东太平洋海域10°N断面水团分析

本文基于实测温盐数据等资料，利用水团的浓度混合分析等方法，揭示了热带中东太平洋海域10°N断面的水团构成自上而下分别为东部赤道–热带水团、北太平洋中央水团、加利福尼亚流系水团、南太平洋中央水团、太平洋亚北极水团和太平洋深层水团。分析发现，受热带辐合带影响，9°～10°N海域常年持续的正风应力旋度诱发上升流出现，北太平洋中央水团、加利福尼亚流系水团、南太平洋中央水团和太平洋亚北极水团4个通风潜沉水团经向运动至该纬度带时被抽吸至次表层和中层，并散布在不同深度。以往研究仅指出上述4个水团在海表通风形成后将潜沉并向赤道方向运动，本研究进一步阐明了4个水团潜沉后向热带海域运动的动力机制及其在热带中东太平洋10°N断面的散布深度。研究成果揭示了热带中东太平洋水团与北太平洋副热带、亚极地和南太平洋副热带海区中上层水团间的循环过程，对认识北太平洋高–中–低纬度间物质和能量的交换和再分配具有重要科学价值。     

太平洋次表层海温异常年际变率的信号通道与ENSO循环

利用SODA海洋同化资料,分析了太平洋次表层海温异常(SOTA)年际信号变异特征与ENSO循环的联系。结果表明,热带太平洋的年际变率表现为以160°W为纵轴的东西向和以6°—8°N为横轴的南北向的跷跷板分布,南太平洋和北太平洋中高纬度海洋的SOTA则与热带西太平洋SOTA同号,但强度较弱,这些变化都与ENSO事件密切相关,是ENSO事件的两个主要模态,具57和44个月显著周期。ENSO循环期间,热带西太平洋SOTA强信号中心沿赤道东传,到达赤道东太平洋后加强并北扩,导致ElNi?o或LaNi?a事件,同时从热带西太平洋有较弱SOTA信号向东北和西南传播,在南、北太平洋中高纬度海域产生弱SOTA;同期位于热带东太平洋反号的SOTA强信号中心沿10°—15°N(平均12°N)西传,至热带西太平洋后加强并南扩,为下次LaNi?a或ElNi?o事件准备条件,同时在北太平洋中高纬度海洋还存在着反号弱的SOTA。如此周而复始,完成ENSO循环。太平洋次表层海温年际变化信号除在赤道及以北的热带太平洋存在一个逆时针方向的传播通道外,同时在热带西太平洋有异常信号向南、北太平洋中高纬度海域传播,并指出ENSO循环期间太平洋次表层海温异常年际变率信号传播的可能通道。     

夏季海洋上混合层深度分布研究——Argo资料与Levitus资料的比较

利用Argo资料计算了准全球海洋夏季的混合层深度(MLD),并与Levitus资料计算所得的MLD进行了比较.结果表明,用Argo资料计算的全球夏季MLD总体上比Levitus资料的大.低纬20°S～20°N以及南半球40°～60°S等区域Levitus资料计算的MLD大部分明显小于Argo资料计算的MLD;北半球40°～60°N等区域Levitus资料计算的MLD略小于Argo资料的;而20°～40°N以及20°～40°S等混合层较浅的海区以及纬度高于60°N以及60°S的海区2种资料计算的MLD差别不大.南大洋MLD非常大,其中小部分海域用Levitus资料计算的MLD比Argo资料计算的MLD大100 m以上.     

El Nino期间热带西太平洋海流对不同季节风场响应的数值模拟

本文试用二维绝热模式，用KWBC风场资料研究了1987年El Nino期间热带太平洋表层流系对冬、春、夏、秋季风场的响应特征。模拟结果表明：在1987年El Nino期间，赤道附近东向流加强了，西向流减弱了；冬季东向流距平比夏季强度大，纬向范围小且位置偏高；模拟海流及水位分布特征与中、美海－气相互作用热带西太平洋联合调查及Wyrtki的观测基本一致。     

热带大西洋表层环流及其月变化特征的分析

应用1993年4月至2001年3月的TOPEX/Poseidon卫星高度计遥感资料,分析了8 a平均热带大西洋(15°S～25°N,5°～50°W)表层环流结构的月变化特征.研究结果表明:热带大西洋表层环流中高纬度海区流速较小,赤道附近流速较大,表层环流系统大部分流系月变化不明显,部分流系月际波动较显著.具体来说,西南向的北赤道流下半年的纬向流速分量比上半年大.非洲沿岸流在5～11月流向为东北向,在其他月份主要为东南向.北赤道逆流可以分成两部分:25°W以东海区,北赤道逆流常年流向向东,到9月份前后流速达到最大值(约0.25 cm/s);25°W以西海区,7月至翌年1月流向向东,2～6月北赤道逆流减小,并有西向流产生.2°S～2°N,15°W以东海区的南赤道流在1～3月、9～10月流向向东,其他月份流向向西.南赤道流可认为是由南、北两支西向的海流构成,这两支海流的流轴分别位于6°S和1°N,在6～7月北支流速达到最大值0.6 m/s.南美洲纳塔耳东部西北向的北巴西海流流速月际变化不大,在5～6月份流速达到最大值0.3～0.4 m/s.相应的卫星风场遥感资料的分析表明热带大西洋表层环流结构的月变化特征与风场的分布及变化有较好的对应关系.用World Ocean Atlas 2001的月平均温盐数据反演出来的表层地转流场以及卫星跟踪ARGOS漂流浮标观测进行的对比验证表明,上述遥感分析的地转流场结果与水文数据以及海上观测结果一致.     

基于2007—2018年Argo数据分析全球混合层和障碍层时空特征

为了进一步认识上层海洋中混合层和障碍层的时空变化特征。本文基于Argo (Array for real-time geostrophic oceanography)海洋观测网2007—2018年的温盐数据,使用差值法计算了全球海洋混合层深度(Mixed layer depth, MLD)和障碍层厚度(Barrier layer thickness, BLT),讨论了二者的月均值、季节均值和年均值的空间分布特征和形成机制。研究表明,全球海洋的混合层普遍在夏季浅、在冬季深,随季节变化的特征显著。北半球混合层变化幅度较大,大西洋混合层比同纬度的太平洋深;赤道海区混合层较浅;南半球混合层呈纬向带状分布,60°S附近大洋海域存在显著的深混合层带,南极大陆与该深混合层带之间的海域混合层常年较浅。全球障碍层呈"哑铃状"分布,两半球的高纬度海区是障碍层高发区,障碍层不仅厚且持续时间长,以半年为周期变化,南大洋60°S附近海域显著的厚障碍层带随季节变化;南半球中低纬度海区长期存在障碍层,障碍层冬厚夏薄,且厚度大部分不超过40 m。     

1986—1987年El Ni■o事件前后西太平洋热带海域的上层热力结构

本文采用本所“实验3”号1985—1987年冬季在西太平洋热带海域考察的CTD资料,分析了1986—1987年E1 Ni(?)o事件前后西太平洋热带海域上层热力结构的时、空分布及演变特征。结果表明,该事件发生前的冬季,沿13°N,在124.5°—137°E存在海洋Rcssby波扰动,海洋上层热含量很丰富。该事件初期,沿5°N,在127°—135°E一带,有海洋赤道Kelvin波动。此时南、北赤道流均较弱。事件后期,海洋赤道Kelvin波扰动不明显,但南赤道流较强,且范围向北伸展。1986年10—12月,表征E1 Ni(?)o事件的上层热力结构首先在西太平洋海域出现,然后东传。1987年10—11月,表征非E1 Ni■o事件的上层热力结构率先在西太平洋热带海域西边界恢复。